互连结构及互连结构的制造方法技术

技术编号:19648258 阅读:17 留言:0更新日期:2018-12-05 20:57
本发明专利技术提供一种互连结构及其制造方法,在金属互连结构表面上的非金属化合物层和未掺杂的第二金属化合物层之间增加一掺杂的第一金属化合物层,例如掺硅的氮化铝层,以此增强非金属化合物层和未掺杂的金属化合物层之间粘附力,进而阻挡互连结构中的金属扩散现象,避免在形成所述各个层的过程中出现位于所述金属互连结构层顶部的小丘状凸起,获得较低的线电阻和良好的电迁移性能,提高互连结构的可靠性,进而提高整个集成电路可靠性。

Manufacturing method of interconnection structure and interconnection structure

The invention provides an interconnection structure and a manufacturing method thereof by adding a doped first metal compound layer between the non-metallic compound layer on the surface of the metal interconnection structure and the undoped second metal compound layer, such as a silicon-doped aluminum nitride layer, in order to strengthen the non-metallic compound layer and the undoped metal compound layer. The adhesion force between the layers prevents the metal diffusion phenomenon in the interconnection structure, avoids the hilly protrusion at the top of the metal interconnection layer in the process of forming the layers, obtains lower line resistance and good electromigration performance, improves the reliability of the interconnection structure, and further improves the reliability of the integrated circuit. Sex.

【技术实现步骤摘要】
互连结构及互连结构的制造方法
本专利技术涉及集成电路制造
,尤其涉及一种互连结构及互连结构的制造方法。
技术介绍
集成电路(IC)芯片的制造制程可以大致分为两个主要部分:前段制程(FEOL)和后段制程(BEOL)。FEOL主要用于在半导体衬底上形成各种类型的器件,例如晶体管、电容器、电阻器等。BEOL主要用于在半导体衬底之上的一个或多个绝缘介电层内形成一个或多个金属互连层,以将FEOL制造的单独的器件相互电连接以及最终电连接至IC芯片的外部引脚,以使IC芯片具有完整的电子功能。铜(Cu)凭借其优异的导电性,成为目前BEOL金属互连集成技术中常用材料。在目前的BEOL铜互连工艺中,作为互连金属的铜容易与工艺气体中的氮反应而产生氮化铜(CuNx),进而形成小丘状凸起(hillock),如果小丘状凸起和它邻近的金属互连接触,就会导致互连线短路,进而造成整个集成电路(IC)芯片失效。因此需要一种互连结构及互连结构的制造方法,能够解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于一种互连结构及互连结构的制造方法,能够避免小丘状凸起的形成,进而提高互连结构的可靠性。为了实现上述目的,本专利技术提供一种互连结构的制造方法,包括以下步骤:提供表面上具有金属互连结构和介质层的半导体衬底,所述金属互连结构位于所述介质层的开口中,且所述金属互连结构的上表面不低于所述介质层的上表面;在所述金属互连结构和所述介质层的表面上形成非金属化合物层;在所述非金属化合物层表面上形成掺杂的第一金属化合物层;在所述掺杂的第一金属化合物层表面上形成未掺杂的第二金属化合物层。可选的,所述金属互连结构包括覆盖所述开口内壁的扩散阻挡层和覆盖在所述扩散阻挡层表面上的铜金属层。可选的所述扩散阻挡层为单层结构或者多层叠层结构,所述扩散阻挡层的材料包括钽、氮化钽、钛、氮化钛、氮化钛硅、氮化钽硅、钌、氮化钌、钨、碳化钨和氮化钨中的至少一种。可选的,所述介质层为单层结构或者多层叠层结构,当所述介质层为多层叠层结构时,所述介质层包括依次形成在所述半导体衬底表面上的刻蚀停止层和电介质层;当所述介质层为单层结构时,所述介质层为形成在所述半导体衬底表面上的电介质层。可选的,所述非金属化合物层为单层结构或者多层叠层结构,所述非金属化合物层的材料包括碳氮化硅、氮化硅、碳化硅、碳硼化硅、硅硼碳氧、硅硼碳氮、碳氮化锗、氮化锗、碳化锗、碳硼化锗、锗硼碳氧和锗硼碳氮中的至少一种。可选的,所述非金属化合物层的形成工艺选自原子层沉积、化学气相沉积和分子束外延中的至少一种。可选的,当所述非金属化合物层的形成工艺选用原子层沉积时,通过原子层沉积形成所述非金属化合物层的过程包括:S21,通入含硅和锗中的至少一种元素的第一前驱体,对所述金属互连结构和所述介质层的表面进行浸润和清洗处理,以形成非金属元素的界面层;S22,通入含碳、硼和氮中的至少一种元素的第二前驱体,对所述非金属元素的界面层进行浸润和清洗处理,以形成非金属化合物层;S23,采用惰性气体对所述非金属化合物层进行表面处理;S24,循环重复步骤S21至S23,直到形成的非金属化合物层厚度达到预定值。可选的,所述步骤S21中的第一前驱体包括硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷、四氯硅烷、三甲基硅烷、四甲基硅烷、四氟化硅、乙硅烷、锗烷、二氯锗烷、三氯锗烷、四氯锗烷、三甲基锗烷、四甲基锗烷和乙锗烷中的至少一种。可选的,所述步骤S22中的第二前驱体包括三甲基硼、乙硼烷、三氟化硼、三氯化硼、氨气、氮气、胺类化合物、碳氢化合物、氯烷、一氯甲烷、二氯甲烷、二氯甲烷、四氟化碳和二氧化碳中的至少一种。可选的,所述掺杂的第一金属化合物层和所述未掺杂的第二金属化合物层的形成工艺分别选自原子层沉积、化学气相沉积、磁控溅射沉积、脉冲激光沉积和分子束外延中的至少一种。可选的,所述掺杂的第一金属化合物层中含有具有第一金属元素的第一金属化合物,所述未掺杂的第二金属化合物层中含有具有第二金属元素的第二金属化合物,所述第一金属化合物和所述第二金属化合物分别选自金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物和金属硼化物中的至少一种。可选的,所述第一金属化合物和所述第二金属化合物相同。可选的,所述第一金属元素和所述第二金属元素分别选自铝、铜、钌、镍、钴、铬、铁、锰、钛、铝、铪、钽、钨、钒、钼、钯和银中的至少一种。可选的,当所述掺杂的第一金属化合物层的形成工艺选用原子层沉积时,通过原子层沉积形成所述掺杂的第一金属化合物层的过程包括:S31,通入含有掺杂元素的第三前驱体,对所述非金属化合物层的表面进行浸润和清洗处理,以形成掺杂元素界面层;S32,通入含有所述第一金属元素的第四前驱体,对所述掺杂元素界面层进行浸润和清洗处理,以形成掺杂的含第一金属元素的界面层;S33,通入用于生成第一金属化合物的第五前驱体,对掺杂的含第一金属元素的界面层进行表面处理,以形成掺杂的第一金属化合物层;S34,循环重复步骤S31至S33,直到形成的掺杂的第一金属化合物层厚度达到预定值。可选的,所述第三前驱体包括硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷、四氯硅烷、三甲基硅烷、四甲基硅烷、四氟化硅、乙硅烷、锗烷、二氯锗烷、三氯锗烷、四氯锗烷、三甲基锗烷、四甲基锗烷、乙锗烷、三甲基硼、乙硼烷、三氟化硼、三氯化硼、氨气、氮气、胺类化合物、碳氢化合物、氯烷、一氯甲烷、二氯甲烷、二氯甲烷、四氟化碳和二氧化碳中的至少一种。可选的,所述第四前驱体为含铝气体,所述第五前驱体为含氮气体。可选的,所述掺杂的第一金属化合物层中的掺杂元素包括硅、碳、硼和锗中的至少一种。可选的,当所述未掺杂的第二金属化合物层的形成工艺选用原子层沉积时,通过原子层沉积形成所述未掺杂的第二金属化合物层的过程包括:S41,通入含有第二金属元素的第六前驱体,对所述掺杂的第一金属化合物层的表面进行浸润和清洗处理,以形成含第二金属元素的界面层;S42,通入用于生成第二金属化合物的第七前驱体,对所述含第二金属元素的界面层进行表面处理,以形成未掺杂的第二金属化合物层;S43,循环重复步骤S41至S42,直到形成的未掺杂的第二金属化合物层厚度达到预定值。可选的,所述第六前驱体为含铝气体,所述第七前驱体为含氮气体。本专利技术还提供一种互连结构,包括金属互连结构以及依次覆盖在所述金属互连结构表面上的非金属化合物层、掺杂的第一金属化合物层以及未掺杂的第二金属化合物层。可选的,所述金属互连结构包括覆盖所述开口内壁的扩散阻挡层和位于所述扩散阻挡层表面的铜金属层。可选的,所述扩散阻挡层为单层结构或者多层叠层结构,所述扩散阻挡层的材料包括钽、氮化钽、钛、氮化钛、氮化钛硅、氮化钽硅、钌、氮化钌、钨、碳化钨和氮化钨中的至少一种。可选的,所述介质层为单层结构或者多层叠层结构,当所述介质层为多层叠层结构时,所述介质层包括依次形成在所述半导体衬底表面上的刻蚀停止层和电介质层;当所述介质层为单层结构时,所述介质层为形成在所述半导体衬底表面上的电介质层。可选的,所述非金属化合物层为单层结构或者多层叠层结构,所述非金属化合物层的材料包括碳氮化硅、氮化硅、碳化硅、碳硼化硅、硅硼碳氧、硅硼碳氮、碳氮化锗、氮化锗、碳化锗、碳硼化锗、锗硼碳氧和锗硼碳氮中的至少一种。可选的,所述掺杂的第一金属化合物层中含有具有第一金属元素的第一金属化合物,所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种互连结构的制造方法,其特征在于,包括以下步骤:提供表面上具有金属互连结构和介质层的半导体衬底,所述金属互连结构位于所述介质层的开口中,且所述金属互连结构的上表面不低于所述介质层的上表面;在所述金属互连结构和所述介质层的表面上形成非金属化合物层;在所述非金属化合物层表面上形成掺杂的第一金属化合物层;在所述掺杂的第一金属化合物层表面上形成未掺杂的第二金属化合物层。

【技术特征摘要】
1.一种互连结构的制造方法,其特征在于,包括以下步骤:提供表面上具有金属互连结构和介质层的半导体衬底,所述金属互连结构位于所述介质层的开口中,且所述金属互连结构的上表面不低于所述介质层的上表面;在所述金属互连结构和所述介质层的表面上形成非金属化合物层;在所述非金属化合物层表面上形成掺杂的第一金属化合物层;在所述掺杂的第一金属化合物层表面上形成未掺杂的第二金属化合物层。2.如权利要求1所述的互连结构的制造方法,其特征在于,所述金属互连结构包括覆盖所述开口内壁的扩散阻挡层和覆盖在所述扩散阻挡层表面上的铜金属层。3.如权利要求2所述的互连结构的制造方法,其特征在于,所述扩散阻挡层为单层结构或者多层叠层结构,所述扩散阻挡层的材料包括钽、氮化钽、钛、氮化钛、氮化钛硅、氮化钽硅、钌、氮化钌、钨、碳化钨和氮化钨中的至少一种。4.如权利要求1所述的互连结构的制造方法,其特征在于,所述介质层为单层结构或者多层叠层结构,当所述介质层为多层叠层结构时,所述介质层包括依次形成在所述半导体衬底表面上的刻蚀停止层和电介质层;当所述介质层为单层结构时,所述介质层为形成在所述半导体衬底表面上的电介质层。5.如权利要求1所述的互连结构的制造方法,其特征在于,所述非金属化合物层为单层结构或者多层叠层结构,所述非金属化合物层的材料包括碳氮化硅、氮化硅、碳化硅、碳硼化硅、硅硼碳氧、硅硼碳氮、碳氮化锗、氮化锗、碳化锗、碳硼化锗、锗硼碳氧和锗硼碳氮中的至少一种。6.如权利要求1所述的互连结构的制造方法,其特征在于,所述非金属化合物层的形成工艺选自原子层沉积、化学气相沉积和分子束外延中的至少一种。7.如权利要求1或6所述的互连结构的制造方法,其特征在于,当所述非金属化合物层的形成工艺选用原子层沉积时,通过原子层沉积形成所述非金属化合物层的过程包括:S21,通入含硅和锗中的至少一种元素的第一前驱体,对所述金属互连结构和所述介质层的表面进行浸润和清洗处理,以形成非金属元素的界面层;S22,通入含碳、硼和氮中的至少一种元素的第二前驱体,对所述非金属元素的界面层进行浸润和清洗处理,以形成非金属化合物层;S23,采用惰性气体对所述非金属化合物层进行表面处理;S24,循环重复步骤S21至S23,直到形成的非金属化合物层厚度达到预定值。8.如权利要求7所述的互连结构的制造方法,其特征在于,所述步骤S21中的第一前驱体包括硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷、四氯硅烷、三甲基硅烷、四甲基硅烷、四氟化硅、乙硅烷、锗烷、二氯锗烷、三氯锗烷、四氯锗烷、三甲基锗烷、四甲基锗烷和乙锗烷中的至少一种。9.如权利要求7所述的互连结构的制造方法,其特征在于,所述步骤S22中的第二前驱体包括三甲基硼、乙硼烷、三氟化硼、三氯化硼、氨气、氮气、胺类化合物、碳氢化合物、氯烷、一氯甲烷、二氯甲烷、二氯甲烷、四氟化碳和二氧化碳中的至少一种。10.如权利要求1所述的互连结构的制造方法,其特征在于,所述掺杂的第一金属化合物层和所述未掺杂的第二金属化合物层的形成工艺分别选自原子层沉积、化学气相沉积、磁控溅射沉积、脉冲激光沉积和分子束外延中的至少一种。11.如权利要求1所述的互连结构的制造方法,其特征在于,所述掺杂的第一金属化合物层中含有具有第一金属元素的第一金属化合物,所述未掺杂的第二金属化合物层中含有具有第二金属元素的第二金属化合物,所述第一金属化合物和所述第二金属化合物分别选自金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物和金属硼化物中的至少一种。12.如权利要求11所述的互连结构的制造方法,其特征在于,所述第一金属化合物和所述第二金属化合物相同。13.如权利要求11所述的互连结构的制造方法,其特征在于,所述第一金属元素和所述第二金属元素分别选自铝、铜、钌、镍、钴、铬、铁、锰、钛、铝、铪、钽、钨、钒、钼、钯和银中的至少一种。14.如权利要求13所述的互连结构的制造方法,其特征在于,当所述掺杂的第一金属化合物层的形成工艺选用原子层沉积时,通过原子层沉积形成所述掺杂的第一金属化合物层的...

【专利技术属性】
技术研发人员:邓浩
申请(专利权)人:中芯国际集成电路制造上海有限公司中芯国际集成电路制造北京有限公司
类型:发明
国别省市:上海,31

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